EA007641B1

EA007641B1 - Способ обнаружения аварийных ситуаций и/или предаварийных ситуаций

Info

Publication number: EA007641B1
Application number: EA200301270A
Authority: EA
Inventors: Петр Анатольевич Александров; Вадим Игоревич Калечиц
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью «"Научно-Производственная Фирма "Топаз-К"»
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2006-12-29
Also published as: EA200301270A1

Abstract

Изобретение относится к области технологического контроля, к методам раннего обнаружения аварийных состояний, связанных с нештатной работой технологического оборудования. Цель - повышение чувствительности измерений путем обеспечения обнаружения аварийной или предаварийной ситуации на ранней стадии. В способе, основанном на периодических замерах значений параметра окружающей среды в контролируемом помещении и обработке полученных данных, в качестве параметра окружающей среды используют счетную концентрацию частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения.

Description

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, более конкретно - к методам раннего обнаружения аварийных ситуаций и диагностики предаварийных состояний, связанных с нештатной работой технологического оборудования.

Для того чтобы снизить ущерб от аварии, контроль стараются организовать таким образом, чтобы обнаружить аварийную ситуацию на возможно более ранней стадии вплоть до регистрации таких отклонений от нормального хода технологического процесса, которые еще не успели привести к остановке или выходу из строя технологического оборудования (предаварийная ситуация). В случае обнаружения предаварийной ситуации возможно не только уменьшить ущерб, но и предотвратить развитие аварии.

В настоящее время для обнаружения аварийных ситуаций применяются системы, действие которых основано на регистрации последствий аварии. Как правило, в состав такой системы входит датчик, фиксирующий отклонение от нормального хода процесса (отсутствие давления, снижение или повышение температуры, прекращение подачи электропитания или отклонение в параметрах электрических цепей, падение уровня жидкости и т. п.). К системам такого типа относятся и противопожарные системы.

Существующие противопожарные системы обнаружения аварийных ситуаций (см. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли. М., «Химия», 1986, стр. 189) основаны на регистрации значительных изменений массовой концентрации образующихся в помещении аэрозолей (задымлении) либо изменений температуры. Фактически они также лишь регистрируют последствия уже возникшей критической ситуации - возгорания. Так, датчики, реагирующие на повышение температуры, срабатывают лишь после того, как будет нагрет воздух в непосредственной близости от датчика (за счёт естественной конвекции воздуха или вентиляционных воздушных потоков). Этот процесс, как правило, занимает слишком большое время, и реакция на возгорание опаздывает.

В противопожарных системах другого типа, использующих датчики массовых концентраций (НПБ 76-98. Извещатели пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний) для срабатывания системы требуется превышение (как правило, на порядок) санитарных норм на содержание взвешенных в воздухе частиц (нормы для частиц различного химического состава колеблются в пределах 1-75 мг/м³), что соответствует счётной концентрации частиц в пределах 10⁹-10¹² ч./м³. Учитывая, что в обычном атмосферном воздухе содержание взвешенной в воздухе дисперсной фазы составляет 0,1-0,5 мг/м³ (т. е. счётная концентрация частиц равна 10⁸-10⁹ ч./м³), нетрудно сделать вывод, что для срабатывания системы необходимо повышение счётной концентрации частиц в воздухе на два - четыре порядка.

Таким образом, время реакции такой системы на возгорание весьма значительно. Фактически она лишь регистрирует последствия уже возникшего возгорания. Естественно, что и реакция на возгорание (т. е. необходимые оперативные действия) может оказаться очень запоздалой.

Технической задачей нестоящего изобретения является повышение чувствительности измерений и, тем самым, обеспечение обнаружения аварийной или предаварийной ситуации на более ранней стадии, а также повышение информативности измерений до уровня, обеспечивающего определение вида процесса, вызвавшего аварийную или предаварийную ситуацию.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения аварийной или предаварийной ситуации, связанной с нештатным режимом работы технологического или иного оборудования, установленного в контролируемом помещении, периодически измеряют значение параметра окружающей среды в контролируемом помещении, сравнивают измеренное значение контролируемого параметра окружающей среды со значением, измеренным при штатном режиме работы технологического или иного оборудования, и по изменению контролируемого параметра окружающей среды судят о наличии аварийной или предаварийной ситуации, при этом в качестве контролируемого параметра окружающей среды используют счетную концентрацию частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения и, при обнаружении изменений контролируемого параметра окружающей среды, дополнительно измеряют функцию распределения по размерам частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, сравнивают вид измеренной функции распределения по размерам частиц аэрозолей с набором функций распределения по размерам частиц аэрозолей, выделяющихся в различных аварийных или предаварийных ситуациях, и судят о процессе, вызвавшем аварийную или предаварийную ситуацию.

В основу описываемого способа обнаружения аварийных и (или) предаварийных ситуаций, связанных с нештатным режимом работы технологического или иного оборудования, установленного в контролируемом помещении, положен принципиально новый подход. Он использует принцип регистрации отдельных частиц аэрозолей в широком диапазоне размеров, что позволяет определить счетную концентрацию и дисперсный состав аэрозольной составляющей воздуха в контролируемом помещении.

Именно за счет того, что в качестве контролируемого параметра окружающей среды используют счетную концентрацию частиц аэрозолей в воздухе, достигается повышение чувствительности измерений. Действительно, при измерениях счетной концентрации аэрозолей (осуществляемых обычно с помощью фотоэлектрических приборов - лазерных счетчиков и спектрометров частиц аэрозолей) измеряется количество отдельных частиц определенного размера в единице объема воздуха, в то время как в традиционных датчиках определяется (оптическим, радиометрическим или иным методом) массовая концентрация аэрозолей, т.е. масса всех частиц аэрозолей в единице объема воздуха. Для срабатывания датчиков массовой концентрации требуется наличие в измерительном объеме прибора как минимум не

- 1 007641 скольких сот или тысяч (в зависимости от размера) частиц аэрозолей, в то время как для срабатывания лазерного счетчика аэрозолей достаточно одной частицы. Таким образом, чувствительность измерений при использовании в качестве контролируемого параметра счетной концентрации частиц аэрозолей по крайней мере на 2-3 порядка выше, чем при измерениях массовой концентрации частиц (см. В. Уайт. Технология чистых помещений. М., «Клинрум», 2002, стр. 150-151). Это подтверждается многочисленными экспериментальными данными (Лс\\'огт 1. Р. Ьакег Рагйс1е 8рес1готе1гу Гог ТеШид НЕРЛ-БШгайои 8у51ст5 ίη Ше Ыис1еаг 1пбийгу. БШгайои & 8ерагайои, 1984, 1ιι1ν/Λιΐβΐΐ5ΐ. р. 254).

Другим важным преимуществом принципа измерения отдельных частиц аэрозолей является уникальная возможность обнаружения аварийных ситуаций различной природы. Эта возможность связана с тем, что практически любое значительное изменение режима работы установок или оборудования, механические повреждения, нарушение хода технологического процесса и другие аварийные ситуации сопровождаются достаточно резкими колебаниями (как правило, в сторону усиления) процессов генерации аэрозолей, причем регистрация указанных изменений происходит на очень ранней стадии, часто до появления каких-либо визуальных признаков процесса, что даёт возможность не только фиксировать факт возникновения аварийной ситуации, но и предотвратить её, что принципиально невозможно в аналогах.

Более того, поскольку приборы контроля аэрозольных микрозагрязнений одновременно измеряют не только счетную концентрацию, но и дисперсный состав частиц, во многих случаях удаётся сопоставить характерные изменения функции распределения частиц аэрозолей по размерам с тем или иным процессом (аэрозольная метка). Таким образом, появляется возможность не только зафиксировать возникновение аварийной ситуации, но и сделать некоторые предварительные выводы о ее природе (возгорание, искрение контактов, повышенное трение в подшипниках и пр.).

Возможность сопоставления дисперсного состава аэрозолей с тем или иным нарушением технологического процесса была доказана авторами экспериментально. На фиг. 1 и 2 показаны экспериментально измеренные авторами дисперсный состав и счетная концентрация частиц аэрозолей, образующихся при различных конкретных отклонениях от штатной работы оборудования. Хорошо видны, во-первых, рост счетной концентрации частиц во времени (т.е. по мере развития моделируемых аварийных ситуаций) и, во-вторых, характерные (и отличающиеся друг от друга) «аэрозольные метки» каждого из процессов.

Способ обнаружения аварийных и (или) предаварийных ситуаций был реализован авторами и в масштабах реальных производственных помещений с работающим технологическим оборудованием.

Пример 1 осуществления способа.

Регистрация предаварийного режима работы силового трансформатора.

Перспективность применения мониторинга аэрозолей для контроля электрооборудования была подтверждена экспериментальными измерениями. В экспериментах было показано, что различные отклонения от нормального хода технологического процесса (нагрев и деструкция электроизоляции, искрение электроконтактов, нагрев красок, лаков и герметиков, механическое трение и сопровождающий его нагрев и др.) приводят к генерации субмикронных частиц аэрозолей с характерными спектрами размеров частиц. При этом генерация частиц зачастую опережает появление запаха или других видимых проявлений процессов.

Кроме того, были проведен специальный эксперимент, моделировавший штатный и предаварийный режимы работы электрооборудования (силового трансформатора), размещенного в производственном помещении. Результаты представлены на фиг. 3.

Данные экспериментов позволяют с уверенностью констатировать, что изменения счетной концентрации частиц аэрозолей в замкнутом воздушном объёме, сопровождающие работу в предаварийном режиме, дают возможность не только фиксировать факт возникновения аварийной ситуации, но и предотвратить её.

Пример 2 осуществления способа.

Раннее обнаружение течей и дефектов паропроводов.

Высокая эффективность применения мониторинга аэрозолей для обнаружения течей и дефектов паропроводов была подтверждена в ходе экспериментальных исследований дисперсного состава и счетной концентрации частиц аэрозолей в помещении с моделируемой утечкой пара.

Эксперименты проводились непосредственно в технологическом помещении площадью 60 м², снабженном системой приточной вентиляции и очистки воздуха. В помещении были установлены несколько единиц технологического оборудования, поэтому как условия распространения воздушных потоков, так и чистоту воздуха в помещении можно считать хорошо соответствующими реальным условиям технологических помещений. Измерялась счетная концентрация и дисперсный состав частиц в помещении. Результаты измерений суммарной счетной концентрации представлены на фиг. 4.

По результатам целой серии опытов (включенная или выключенная вентиляция, измерения вблизи парогенератора, на максимально возможном расстоянии, при мониторинге суммарного воздушного потока из помещения) можно отметить, что даже в условиях значительного разбавления генерируемых частиц в воздушном объеме помещения удалось очень быстро (через 4 мин после начала генерации пара) четко зафиксировать существенный (в 5-7 раз) рост концентрации аэрозольных частиц, в особенности

- 2 007641 субмикронных размеров частиц. При этом датчик влажности, установленный в том же помещении, зафиксировал лишь незначительные колебания величины относительной влажности (см. график на фиг. 4).

Таким образом, методами аэрозольного мониторинга воздуха в помещении удалось уверенно зарегистрировать утечку пара в помещении на стадии, когда датчики влажности еще не успевали зафиксировать изменение величины влажности воздуха. Более того, этот эффект воспроизводился и при мониторинге суммарного воздушного потока из помещения, т. е. при значительном разбавлении.

Способ раннего обнаружения аварийных и (или) предаварийных состояний может представлять интерес для объектов с высокой ценой аварии, таких как объекты энергетики (в том числе АЭС), центры и системы управления, стартовые комплексы ракет, космические станции, системы радио и телевещания, центры сбора информации и управления газо- и нефтепроводов и электросетей, заводы по переработке ядерного топлива и др.

Claims

Способ обнаружения аварийной или предаварийной ситуации, связанной с нештатным режимом работы технологического или иного оборудования, установленного в контролируемом помещении, заключающийся в том, что периодически измеряют значение параметра окружающей среды в контролируемом помещении, сравнивают измеренное значение контролируемого параметра окружающей среды со значением, измеренным при штатном режиме работы технологического или иного оборудования, и по изменению контролируемого параметра окружающей среды судят о наличии аварийной или предаварийной ситуации, отличающийся тем, что в качестве контролируемого параметра окружающей среды используют счетную концентрацию частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения и при обнаружении изменений контролируемого параметра окружающей среды дополнительно измеряют функцию распределения по размерам частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, сравнивают вид измеренной функции распределения по размерам частиц аэрозолей с набором функций распределения по размерам частиц аэрозолей, выделяющихся в различных аварийных или предаварийных ситуациях, и судят о процессе, вызвавшем аварийную или предаварийную ситуацию.